特許 7700544 物体検出システムおよび物体検出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-06-23

(45)【発行日】2025-07-01

(54)【発明の名称】物体検出システムおよび物体検出装置

(51)【国際特許分類】

   G01S 15/931 20200101AFI20250624BHJP

【ＦＩ】

G01S15/931

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2021113070

(22)【出願日】2021-07-07

(65)【公開番号】P2023009631

(43)【公開日】2023-01-20

【審査請求日】2024-05-09

(73)【特許権者】

【識別番号】000000011

【氏名又は名称】株式会社アイシン

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】菅江 一平

(72)【発明者】

【氏名】井奈波 恒

【審査官】藤田 都志行

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－２１５２３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０５６７２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０６６３８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０２０－５０５６０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０２０／０２２５３４５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｓ ７／００－ ７／６４

Ｇ０１Ｓ １３／００－１７／９５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

所定間隔を有して配列された複数の物体検出装置を備え、
前記複数の物体検出装置の各々は、
所定期間で所定値以上の振幅が得られる周波数パターンの初期信号に基づく周波数変調に続き、前記初期信号と異なる周波数パターンで変化する複数のチャープ信号として、周波数が単調に増加する第１チャープ信号と周波数が単調に減少する第２チャープ信号の組み合わせに基づく周波数変調が、隣接する前記物体検出装置を含めた相互で異なる態様になるように施された送信波を、他の前記物体検出装置と略同時に送信する所定範囲の指向性を有する送信部と、
前記所定範囲に送信した前記送信波のうち物体での反射に応じて戻ってきた前記送信波としての受信波を受信する指向性を有する受信部と、
前記送信波および前記受信波の送受信の結果として取得される情報に基づいて、前記物体に関する情報を検出する検出処理部と、
を備える、物体検出システム。

【請求項2】

前記送信部は、前記複数の物体検出装置のそれぞれが全て異なる周波数パターンで変化するように前記チャープ信号に基づく周波数変調を施す、請求項１に記載の物体検出システム。

【請求項3】

前記初期信号は、前記物体検出装置のマイクロフォンの共振周波数となる周波数変調を行う、請求項１または請求項２に記載の物体検出システム。

【請求項4】

所定期間で所定値以上の振幅が得られる周波数パターンの初期信号に基づく周波数変調に続き、前記初期信号と異なる周波数パターンで変化する複数のチャープ信号として、周波数が単調に増加する第１チャープ信号と周波数が単調に減少する第２チャープ信号の組み合わせに基づく周波数変調が、隣接する物体検出装置を含めた相互で異なる態様になるように施された送信波を、他の前記物体検出装置と略同時に送信する所定範囲の指向性を有する送信部と、
前記所定範囲に送信した前記送信波のうち物体での反射に応じて戻ってきた前記送信波としての受信波を受信する指向性を有する受信部と、
前記送信波および前記受信波の送受信の結果として取得される情報に基づいて、前記物体に関する情報を検出する検出処理部と、
を備える、物体検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、物体検出システムおよび物体検出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、超音波を送信波として送信し、物体により反射されて戻ってきた送信波としての受信波を受信することで、例えば物体までの距離のような、物体に関する情報を検出する技術が知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】国際公開ＷＯ２０１９／０６５２８２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記のような従来の技術においては、物体に関する情報を検出するための物体検出装置が複数設けられたシステムが実現されることがある。このようなシステムにおいては、物体に関する情報をより詳細に検出するために、複数の物体検出装置の各々から、送信波が略同時に（同時並行的に）送信されることがある。この場合、干渉などを抑制するために、送信波の識別性を高めることが望まれる。

【0005】

そこで、本開示の課題の一つは、送信波の識別性を高めることが可能な物体検出システムおよび物体検出装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一例としての物体検出システムは、所定間隔を有して配列された複数の物体検出装置を備え、複数の物体検出装置の各々は、所定期間で所定値以上の振幅が得られる周波数パターンの初期信号に基づく周波数変調に続き、初期信号と異なる周波数パターンで変化する複数のチャープ信号として、周波数が単調に増加する第１チャープ信号と周波数が単調に減少する第２チャープ信号の組み合わせに基づく周波数変調が、隣接する物体検出装置を含めた相互で異なる態様になるように施された送信波を、他の物体検出装置と略同時に送信する所定範囲の指向性を有する送信部と、所定範囲に送信した送信波のうち物体での反射に応じて戻ってきた送信波としての受信波を受信する指向性を有する受信部と、送信波および受信波の送受信の結果として取得される情報に基づいて、物体に関する情報を検出する検出処理部と、を備える。この構成によれば、例えば、送信波が所定振幅以上に変調された後に、チャープ信号に基づく変調が行われる。このとき、隣接する物体検出装置を含めた相互で、異なる態様の周波数変調が行われる。その結果、所定振幅以上に変調されることのより、受信波においてチャープ信号に基づく周波数変調のはじめから、チャープ信号に基づく識別効果を有効活用可能となり、ＳＮ比の改善ができる。また、隣接する物体検出装置を含めた相互で、異なる態様の周波数変調が行われることで、送信波（受信波）の識別性を高めることができる。また、例えば、簡素な波形の２つのチャープ信号により、送信波（受信波）の識別性を容易に高めることができる。

【0008】

また、上述の物体検出システムの送信部は、例えば、複数の物体検出装置の各々が全て異なる周波数パターンで変化するようにチャープ信号に基づく周波数変調を施すようにしてもよい。この構成によれば、例えば、複数の物体検出装置の識別性をさらに向上することができる。

【0009】

また、上述の物体検出システムの初期信号は、例えば、物体検出装置のマイクロフォンの共振周波数となる周波数変調を行うようにしてもよい。この構成によれば、例えば、送信波の振幅を効率的に大きくした状態でチャープ信号に基づく送信波を送信することが可能で、符号化利得によるＳＮ比の改善を効果的に行うことができる。

【0010】

本開示の一例としての物体検出装置は、所定期間で所定値以上の振幅が得られる周波数パターンの初期信号に基づく周波数変調に続き、初期信号と異なる周波数パターンで変化する複数のチャープ信号として、周波数が単調に増加する第１チャープ信号と周波数が単調に減少する第２チャープ信号の組み合わせに基づく周波数変調が、隣接する物体検出装置を含めた相互で異なる態様になるように施された送信波を、他の物体検出装置と略同時に送信する所定範囲の指向性を有する送信部と、所定範囲に送信した前記送信波のうち物体での反射に応じて戻ってきた送信波としての受信波を受信する指向性を有する受信部と、送信波および受信波の送受信の結果として取得される情報に基づいて、物体に関する情報を検出する検出処理部と、を備える。この構成によれば、例えば、送信波が所定振幅以上に変調された後に、チャープ信号に基づく変調が行われる。このとき、隣接する物体検出装置を含めた相互で、異なる態様の周波数変調が行われる。その結果、所定振幅以上に変調されることのより、受信波においてチャープ信号に基づく周波数変調のはじめから、チャープ信号に基づく識別効果を有効活用可能となり、ＳＮ比の改善ができる。また、隣接する物体検出装置を含めた相互で、異なる態様の周波数変調が行われることで、送信波（受信波）の識別性を高めることができる。また、例えば、簡素な波形の２つのチャープ信号により、送信波（受信波）の識別性を容易に高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、実施形態にかかる物体検出システムを備えた車両を上方から見た外観を示した例示的かつ模式的な図である。

【図2】図２は、実施形態にかかる物体検出システムのＥＣＵ（電子制御装置）および物体検出装置の概略的なハードウェア構成を示した例示的かつ模式的なブロック図である。

【図3】図３は、実施形態にかかる物体検出装置が物体までの距離を検出するために利用する技術の概要を説明するための例示的かつ模式的な図である。

【図4】図４は、実施形態にかかる物体検出装置の詳細な構成を示した例示的かつ模式的なブロック図である。

【図5】図５は、実施形態にかかる物体検出システムの送信チャープ変調パターンを示した例示的かつ模式的な図である。

【図6】図６は、実施形態にかかる物体検出システムにおいて、複数の物体検出装置から同時に送信波を送信する場合に用いる、各々が異なる送信チャープ変調パターンを示した例示的かつ模式的な図である。

【図7】図７は、実施形態にかかる物体検出システムが物体までの距離を検出するために実行する一連の処理を示した例示的かつ模式的なフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本開示の実施形態および変形例を図面に基づいて説明する。以下に記載する実施形態および変形例の構成、ならびに当該構成によってもたらされる作用および効果は、あくまで一例であって、以下の記載内容に限られるものではない。

【0013】

図１は、実施形態にかかる物体検出システムを備えた車両１を上方から見た外観を示した例示的かつ模式的な図である。

【0014】

図１に示されるように、物体検出システムは、一対の前輪３Ｆと一対の後輪３Ｒとを含んだ四輪の車両１の内部に搭載されたＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御装置）１００と、車両１の外装に搭載された物体検出装置２０１～２０８と、を備えている。

【0015】

図１に示される例では、一例として、物体検出装置２０１～２０４が、車両１の外装としての車体２の後端の例えばリヤバンパにおいて、車幅方向に所定間隔で互いに異なる位置に設置（配列）されている。また、物体検出装置２０５～２０８が、車体２の前端の例えばフロントバンパにおいて、車幅方向に所定間隔で互いに異なる位置に設置（配列）されている。

【0016】

ここで、本実施形態において、物体検出装置２０１～２０８が有するハードウェア構成および機能は、それぞれ同一である。したがって、以下では、簡単化のため、物体検出装置２０１～２０８を総称して物体検出装置２００と記載することがある。また、各物体検出装置２００間の所定間隔は、バンパの形状等に応じて適宜調整可能であり、厳密に一致する必要はなくい。また、上下方向にずれていてもよい。

【0017】

また、本実施形態において、物体検出装置２００の設置位置は、図１に示される例に限られるものではない。物体検出装置２００は、リヤバンパとフロントバンパの少なくとも一方に加え、車体２の側面に設置されてもよい。また、物体検出装置２００は、リヤバンパ、フロントバンパ、および側面のいずれかの位置に設置されてもよい。また、実施形態では、物体検出装置２００の個数も、図１に示される例に限られるものではない。ただし、実施形態の技術は、物体検出装置２００が複数存在する構成に有効である。

【0018】

本実施形態にかかる物体検出システムは、以下に説明するような構成に基づき、超音波の送受信を行い、当該送受信の時間差などを取得することで、周囲に存在する人間を含む物体（例えば後述する図２に示されるオブジェクトＯ）に関する情報を検出する。

【0019】

図２は、実施形態にかかる物体検出システムのＥＣＵ１００および物体検出装置２００のハードウェア構成を示した例示的かつ模式的なブロック図である。

【0020】

図２に示されるように、ＥＣＵ１００は、通常のコンピュータと同様のハードウェア構成を備えている。より具体的に、ＥＣＵ１００は、入出力装置１１０と、記憶装置１２０と、プロセッサ１３０と、を備えている。

【0021】

入出力装置１１０は、ＥＣＵ１００と外部（図１に示される例では物体検出装置２００）との間における情報の送受信を実現するためのインターフェースである。

【0022】

記憶装置１２０は、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）やＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）などといった主記憶装置、および／または、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）やＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）などといった補助記憶装置を含んでいる。

【0023】

プロセッサ１３０は、ＥＣＵ１００において実行される各種の処理を司る。プロセッサ１３０は、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などといった演算装置を含んでいる。プロセッサ１３０は、記憶装置１２０に記憶されたコンピュータプログラムを読み出して実行することで、例えば駐車支援などといった各種の機能を実現する。

【0024】

一方、図２に示されるように、物体検出装置２００は、送受波器２１０と、制御部２２０と、を備えている。これらの構成により、物体検出装置２００は、車両１の周囲に存在する物体までの距離を検出する車載センサの一例としての車載ソナーとして構成される。

【0025】

送受波器２１０は、圧電素子などの振動子２１１を有しており、当該振動子２１１により、超音波の送受信を実現する。

【0026】

より具体的に、送受波器２１０は、振動子２１１の振動に応じて発生する超音波を送信波として送信し、当該送信波として送信された超音波が外部に存在する物体で反射されて戻ってくることでもたらされる振動子２１１の振動を受信波として受信する。図２に示される例では、送受波器２１０からの超音波を反射しうる物体として、路面ＲＳと、当該路面ＲＳ上に設置されたオブジェクトＯが例示されている。

【0027】

なお、図２に示される例では、送信波の送信と受信波の受信との両方が単一の振動子２１１を有した単一の送受波器２１０により実現される構成が例示されている。しかしながら、実施形態の技術は、例えば、送信波の送信用の振動子と受信波の受信用の振動子とが別々に設けられた構成のような、送信側の構成と受信側の構成とが分離された構成にも当然に適用可能である。

【0028】

制御部２２０は、通常のコンピュータと同様のハードウェア構成を備えている。より具体的に、制御部２２０は、入出力装置２２１と、記憶装置２２２と、プロセッサ２２３と、を備えている。

【0029】

入出力装置２２１は、制御部２２０と外部（図１に示される例ではＥＣＵ１００および送受波器２１０）との間における情報の送受信を実現するためのインターフェースである。

【0030】

記憶装置２２２は、ＲＯＭやＲＡＭなどといった主記憶装置、および／または、ＨＤＤやＳＳＤなどといった補助記憶装置を含んでいる。

【0031】

プロセッサ２２３は、制御部２２０において実行される各種の処理を司る。プロセッサ２２３は、例えばＣＰＵなどといった演算装置を含んでいる。プロセッサ２２３は、記憶装置２２２に記憶されたコンピュータプログラムを読み出して実行することで、各種の機能を実現する。

【0032】

ここで、実施形態にかかる物体検出装置２００は、いわゆるＴＯＦ（Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）法と呼ばれる技術により、物体に関する情報として、物体までの距離を検出する。以下に詳述するように、ＴＯＦ法とは、送信波が送信された（より具体的には送信され始めた）タイミングと、受信波が受信された（より具体的には受信され始めた）タイミングとの差を考慮して、物体までの距離を算出する技術である。

【0033】

図３は、実施形態にかかる物体検出装置２００が物体までの距離を検出するために利用する技術の概要を説明するための例示的かつ模式的な図である。

【0034】

図３に示される例では、実施形態にかかる物体検出装置２００が送受信する超音波の信号レベル（例えば振幅）の時間変化がグラフ形式で表されている。図３に示されるグラフにおいて、横軸は、時間に対応し、縦軸は、物体検出装置２００が送受波器２１０（振動子２１１）を介して送受信する信号の信号レベルに対応する。

【0035】

図３に示されるグラフにおいて、実線Ｌ１１は、物体検出装置２００が送受信する信号の信号レベル、つまり振動子２１１の振動の度合の時間変化を表す包絡線（エンベロープ波形）の一例を表している。この実線Ｌ１１からは、振動子２１１がタイミングｔ０から時間Ｔａだけ駆動されて振動することで、タイミングｔ１で送信波の送信が完了し、その後タイミングｔ２に至るまでの時間Ｔｂの間は、慣性による振動子２１１の振動が減衰しながら継続する、ということが読み取れる。したがって、図３に示されるグラフにおいては、時間Ｔｂが、いわゆる残響時間に対応する。

【0036】

実線Ｌ１１は、送信波の送信が開始したタイミングｔ０から時間Ｔｐだけ経過したタイミングｔ４で、振動子２１１の振動の度合が、一点鎖線Ｌ２１で表される所定の閾値Ｔｈ１を超えた（または以上の）ピークを迎える。この閾値Ｔｈ１は、振動子２１１の振動が、検出対象の物体（例えば図２に示されるオブジェクトＯ）により反射されて戻ってきた送信波としての受信波の受信によってもたらされたものか、または、検出対象外の物体（例えば図２に示される路面ＲＳ）により反射されて戻ってきた送信波としての受信波の受信によってもたらされたものか、を識別するために予め設定された値である。

【0037】

なお、図３には、閾値Ｔｈ１が時間経過によらず変化しない一定値として設定された例が示されているが、実施形態において、閾値Ｔｈ１は、時間経過とともに変化する値として設定されてもよい。

【0038】

ここで、閾値Ｔｈ１を超えた（または以上の）ピークを有する振動は、検出対象の物体により反射されて戻ってきた送信波としての受信波の受信によってもたらされたものだとみなすことができる。一方、閾値Ｔｈ１以下の（または未満の）ピークを有する振動は、検出対象外の物体により反射されて戻ってきた送信波としての受信波の受信によってもたらされたものだとみなすことができる。

【0039】

したがって、実線Ｌ１１からは、タイミングｔ４における振動子２１１の振動が、検出対象の物体により反射されて戻ってきた送信波としての受信波の受信によってもたらされたものである、ということが読み取れる。

【0040】

なお、実線Ｌ１１においては、タイミングｔ４以降で、振動子２１１の振動が減衰している。したがって、タイミングｔ４は、検出対象の物体により反射されて戻ってきた送信波としての受信波の受信が完了したタイミング、換言すればタイミングｔ１で最後に送信された送信波が受信波として戻ってくるタイミング、に対応する。

【0041】

また、実線Ｌ１１においては、タイミングｔ４におけるピークの開始点としてのタイミングｔ３は、検出対象の物体により反射されて戻ってきた送信波としての受信波の受信が開始したタイミング、換言すればタイミングｔ０で最初に送信された送信波が受信波として戻ってくるタイミング、に対応する。したがって、実線Ｌ１１においては、タイミングｔ３とタイミングｔ４との間の時間ΔＴが、送信波の送信時間としての時間Ｔａと等しくなる。

【0042】

上記を踏まえて、ＴＯＦ法により検出対象の物体までの距離を求めるためには、送信波が送信され始めたタイミングｔ０と、受信波が受信され始めたタイミングｔ３と、の間の時間Ｔｆを求めることが必要となる。この時間Ｔｆは、タイミングｔ０と、受信波の信号レベルが閾値Ｔｈ１を超えたピークを迎えるタイミングｔ４と、の差分としての時間Ｔｐから、送信波の送信時間としての時間Ｔａに等しい時間ΔＴを差し引くことで求めることができる。

【0043】

送信波が送信され始めたタイミングｔ０は、物体検出装置２００が動作を開始したタイミングとして容易に特定することができ、送信波の送信時間としての時間Ｔａは、設定などによって予め決められている。したがって、ＴＯＦ法により検出対象の物体までの距離を求めるためには、結局のところ、受信波の信号レベルが閾値Ｔｈ１を超えたピークを迎えるタイミングｔ４を特定することが重要となる。

【0044】

ところで、上述した実施形態のような、物体検出装置２００が複数設けられた構成においては、周囲に存在する物体に関する情報をより詳細に検出するために、複数の物体検出装置２００の各々から、送信波が略同時に（同時並行的に）送信されることがある。この場合、干渉などを抑制するために、送信波の識別性を高めることが望まれる。

【0045】

そこで、実施形態は、物体検出装置２００を以下のように構成することで、送信波の識別性を高めることを実現する。

【0046】

図４は、実施形態にかかる物体検出装置２００の詳細な構成を示した例示的かつ模式的なブロック図である。

【0047】

図４に示されるように、実施形態では、送信側の構成として、複数（一例として３つ）の送信部４０１，４０３，および送信部４０５が設けられているとともに、受信側の構成として、複数（一例として３つ）の受信部４０２，４０４，および受信部４０６が設けられている。

【0048】

ここで、図４には、送信側の構成と受信側の構成とが分離された状態で図示されているが、このような図示の態様は、あくまで説明の便宜のためのものである。したがって、図４に示される例では、例えば、送信部４０１と受信部４０２との組み合わせと、送信部４０３と受信部４０４との組み合わせと、送信部４０５と受信部４０６との組み合わせとが、それぞれ１つの物体検出装置２００を構成する。ただし、前述の繰り返しになるが、実施形態の技術は、送信側の構成と受信側の構成とが分離された構成にも当然に適用可能である。

【0049】

また、図４には、送信側の構成と受信側の構成とがそれぞれ３つずつ図示されているが、実施形態では、図１に示される４つの物体検出装置２００に対応するように、送信側の構成と受信側の構成とがさらに１つずつ設けられうる。

【0050】

なお、実施形態において、図４に示される構成のうち少なくとも一部は、ハードウェアとソフトウェアとの協働の結果、より具体的には、物体検出装置２００のプロセッサ２２３が記憶装置２２２からコンピュータプログラムを読み出して実行した結果として実現される。ただし、実施形態では、図４に示される構成のうち少なくとも一部が、専用のハードウェア（回路：ｃｉｒｃｕｉｔｒｙ）によって実現されてもよい。

【0051】

まず、物体検出装置２００の送信側の構成について説明する。

【0052】

図４に示されるように、送信部４０１は、送波器４１１と、搬送波出力部４１２と、変調パターン決定部４１３と、乗算器４１４と、増幅回路４１５と、を備えている。

【0053】

また、送信部４０３および４０５は、送波器４１１と同様の送波器４３１および送波器４５１をそれぞれ備えている。図４では、送波器４３１および送波器４５１以外の図示がスペースの都合で省略されているが、送信部４０３および送信部４０５は、送波器４３１および送波器４５１以外においても、送信部４０１と同様の構成を備えている。

【0054】

送波器４１１は、前述した振動子２１１によって構成され、当該振動子２１１により、増幅回路４１５から出力される（増幅後の）送信信号に応じた送信波を送信する。

【0055】

ここで、実施形態において、送波器４１１は、例えばＥＣＵ１００の制御のもとで、他の物体検出装置２００の送波器４３１および送波器４５１と実質的に同時に送信波を送信するように構成される。したがって、実施形態では、受信波として戻ってきた送信波の送信元を特定可能にするために、送信波に識別情報を付与する必要がある。

【0056】

そこで、実施形態は、例えば正弦波のような搬送波を、送信波に付与すべき識別情報に対応した変調パターンで変調することで、識別情報を含むように符号化された送信波を生成する。

【0057】

より具体的に、搬送波出力部４１２は、送信波のもととなる、例えば正弦波のような搬送波を出力する。そして、変調パターン決定部４１３は、送信波に付与すべき識別情報に対応した、搬送波の変調パターンを決定する。そして、乗算器４１４は、変調パターン決定部４１３からの出力と、搬送波出力部４１２からの出力と、を乗算することで、搬送波を変調し、識別情報を含むように符号化された送信波を生成する。

【0058】

実施形態において、搬送波の変調パターンは、初期信号と、複数のチャープ信号（例えば、第１チャープ信号、第２チャープ信号）を用いて決定される。ここで、初期信号は、所定期間で所定値以上の振幅が得られるように周波数変調を施すことが可能な信号である。また、第１チャープ信号は、例えば、所定の期間において第１周波数から第２周波数まで単調に（より具体的には線形に）増加し周波数変調を施すことが可能な信号である。また、第２チャープ信号は、例えば、所定の期間において第２周波数から第１周波数まで単調に（より具体的には線形に）減少し周波数変調を施すことが可能な信号である。

【0059】

変調パターンで用いるチャープ信号野パターンは、例えば、第１チャープ信号に続いて、第２チャープ信号を用いるパターンや、逆に第２チャープ信号に続いて、第１チャープ信号を用いるパターンがある。また、他の変調パターンで用いるチャープ信号野パターンは、第１チャープ信号に続いて、再度第１チャープ信号を用いるパターンや、第２チャープ信号に続いて、再度第２チャープ信号を用いるパターン等がある。また、別の変調パターンで用いるチャープ信号のパターンは、３つ以上のチャープ信号を組み合わせてもよい。複数のチャープ信号を組み合わせる場合に、各チャープ信号の上限及び／または下限の周波数を変化させたり、持続時間を変化させたりした複数のチャープ信号を組み合わせてもよい。このように、複数のチャープ信号を組み合わせることにより、複数種類の変調パターンを容易に生成することができる。このような複数の変調パターンを用いて搬送波を変調することにより、異なる特性（識別性）を有する送信波を容易に生成することができる。

【0060】

ところで、送波器４１１で超音波を送波する場合、送波開始時の波動は振幅が小さく、例えば波動を何回も送波して位相を合わせることにより振幅を大きくしている。したがって、単純にチャープ信号を用いて変調する場合、波動の振幅が小さい期間（信号の弱い期間）の周波数を有効に活用できないためＳＮ比が劣化し、送信波の識別性が低下してしまう場合があった。

【0061】

そこで、本実施形態では、初期信号とチャープ信号とに基づいて周波数変調を変則的に行って送信波を生成することで、符号化利得によるＳＮ比の改善を行う。具体的には、送波器４１１（マイクロフォン）のインピーダンス特性に応じて、パルス圧縮による周波数変調(チャープ)を時間軸上で変則的に可変させる。例えば、送波器４１１の振動（振幅）が小さい場合にはチャープを開始せず、まず、例えば、所定期間で所定振幅以上の振幅が得られるような周波数パターンの初期信号に基づく周波数変調を行う。好適には、例えば、送波器４１１の共振周波数付近の周波数になるように周波数変調して送波を行う。そして、ある程度振動（振幅）が大きくなった後に、チャープを開始する。その結果、チャープ信号による変調の始めから波動を有効に活用でき、ＳＮ比の改善ができる。

【0062】

図５は、実施形態にかかる物体検出システムの送信チャープ変調パターン１０を示した例示的かつ模式的な図である。

【0063】

図５において、ｆｍは、送波器４１１（マイクロフォン）の共振周波数、ｆ１は、送波器４１１に設定された固有の周波数帯域Ｆの下限周波数であり、ｆ２は、周波数帯域Ｆの上限周波数である。

【0064】

上述したように、本実施形態では、初期信号とチャープ信号とに基づいて周波数変調を変則的に行って送信波を生成する。図５の場合、送信チャープ変調パターン１０の一例であり、まず、共振周波数ｆｍ付近で周波数一定の周波数になるような初期信号Ｗで変調を行う。そして、ある程度、送信波の振動（振幅）が大きくなった後、下限周波数ｆ１から上限周波数ｆ２に単調に増加する第１チャープ信号Ｗ１（アップチャープ）で変調を実行し、続いて、上限周波数ｆ２から下限周波数ｆ１に単調に減少する第２チャープ信号Ｗ２（ダウンチャープ）による変調を実行する。このような送信チャープ変調パターン１０で変調した送信波を送波することにより、チャープ信号による変調の開始時から波動を有効に活用できる。また、複数のチャープ信号を用いた変調を連続的に実施することにより、識別性の高い送信波を容易に生成することができる。

【0065】

図１に示すように、本実施形態の車両１の場合、車両１の後方端部に４つの物体検出装置２００（２０１～２０４）、車両１の前方端部に４つの物体検出装置２００（２０５～２０８）が配置されている。そして、物体検出装置２０１～２０４は車幅方向に所定間隔で接近した状態で配置されて、送受信動作を行う。同様に物体検出装置２０５～２０８は車幅方向に所定間隔で接近した状態で配置されて、送受信動作を行う。この場合、各物体検出装置２００が、送信波の送波方向にオブジェクトＯ（物体）が存在するか否か、及びオブジェクトＯが存在する場合は、オブジェクトＯまでの距離を正確に検出するためには、受信した受信波がどの物体検出装置２００から送波されたものかを正確に把握する必要がある。この場合、物体検出装置２００から送信する送信波は、少なくとも隣接（両隣）の物体検出装置２００で異なる特徴の送信波を送波する必要がある。

【0066】

例えば、単純に第１チャープ信号Ｗ１または第２チャープ信号Ｗ２による変調を用いて送信波（受信波）の識別を行う場合を考える。例えば、物体検出装置２０５が第１チャープ信号Ｗ１により変調された送信波を送波し、物体検出装置２０６が第２チャープ信号Ｗ２により変調された送信波を送波し、物体検出装置２０７が第１チャープ信号Ｗ１により変調された送信波を送波し、物体検出装置２０８が第２チャープ信号Ｗ２により変調された送信波を送波するとする。この場合、例えば、物体検出装置２０７が受信波を受信した場合、その受信波が、物体検出装置２０６が送波した送信波か、物体検出装置２０８が送信した送信波かの識別が困難になる。この構成で識別を可能にするためには、例えば、物体検出装置２０５で第１チャープ信号Ｗ１により変調された送信波を送波し、物体検出装置２０６が第２チャープ信号Ｗ２により変調された送信波を送波する。そのとき、物体検出装置２０７による第１チャープ信号Ｗ１により変調された送信波の送波と、物体検出装置２０８による第２チャープ信号Ｗ２により変調された送信波の送波は、休止して物体検出装置２０５と物体検出装置２０６による受信波の受信が完了してから、物体検出装置２０７で第１チャープ信号Ｗ１により変調された送信波を送波し、物体検出装置２０８で第２チャープ信号Ｗ２により変調された送信波を送波する必要がある。つまり、物体検出装置２０５と物体検出装置２０７で第１チャープ信号Ｗ１を同時に送波することができず、処理待ち時間が必要になる。

【0067】

一方、本実施形態のように、初期信号Ｗで共振周波数ｆｍ付近に変調した送信波の送波を行った後、複数のチャープ信号を用いた変調を連続的に実施することにより、識別性の高い送信波を、各物体検出装置２００で全て異なる態様になるように容易に送信することができる。

【0068】

例えば、図６は、複数の物体検出装置２００から同時に送信波を送信する場合に用いることができる、それぞれが異なる送信チャープ変調パターンを示した例示的かつ模式的な図である。

【0069】

図６の場合、実線で示す送信チャープ変調パターン１２は、初期信号Ｗに続き、第１チャープ信号Ｗ１による変調、さらに再度第１チャープ信号Ｗ１による変調を実行するパターンである。また、破線で示す送信チャープ変調パターン１４は、初期信号Ｗに続き、第１チャープ信号Ｗ１、第２チャープ信号Ｗ２による変調を実行するパターンである。また、一点鎖線で示す送信チャープ変調パターン１６は、初期信号Ｗより僅かに周波数の低い初期信号ＷＤ１に続き、第２チャープ信号Ｗ２、第１チャープ信号Ｗ１による変調を実行するパターンである。また、二点鎖線で示す送信チャープ変調パターン１８は、初期信号ＷＤ１より僅かに周波数の低い初期信号ＷＤ２に続き、第２チャープ信号Ｗ２による変調、さらに再度第２チャープ信号Ｗ２による変調、続いて第１チャープ信号Ｗ１による変調を実行するパターンである。

【0070】

このように、隣接する物体検出装置２００は、上述のような異なるパターンの送信チャープ変調パターンを用いることで、容易かつ明確に識別可能な送信波を送信することができる。その結果、各物体検出装置２００は一斉に送受信を行うことが可能になり、各物体検出装置２００による測定周期を短くすることができる。超音波を用いたオブジェクトＯの検出を行う場合、通常、オブジェクトＯが存在する可能性がある場合、何度も送受信を繰り返し行い、オブジェクトＯの有無の確認を行う。上述したように、本実施形態の構成に場合、各物体検出装置２００が略同時に送信波（超音波）を送信できるので、オブジェクトＯの確認時間が短縮することができる。

【0071】

図４に戻り、増幅回路４１５は、乗算器４１４から出力される送信信号を増幅し、増幅後の送信信号を送波器４１１に出力する。このようにして、実施形態において、物体検出装置２００の送信側の構成は、送信チャープ変調パターンによる変調により、それぞれ異なる送信波を送信する。

【0072】

次に、物体検出装置２００の受信側の構成について説明する。

【0073】

図４に示されるように、受信部４０２は、受波器４２１と、増幅回路４２２と、フィルタ処理部４２３と、識別部４２４と、複数（一例として３つ）の信号処理系統４２５Ａ～４２５Ｃと、を備えている。

【0074】

また、受信部４０４および受信部４０６は、受波器４２１と同様の受波器４４１および受波器４６１をそれぞれ備えている。図４では、受波器４４１および受波器４６１以外の図示がスペースの都合で省略されているが、受信部４０４および受信部４０６は、受波器４４１および受波器４６１以外においても、受信部４０２と同様の構成を備えている。

【0075】

受波器４２１は、前述した振動子２１１によって構成され、当該振動子２１１により、物体により反射された送信波を受信波として受信する。

【0076】

増幅回路４２２は、受波器４２１が受信した受信波に応じた信号としての受信信号を増幅する。

【0077】

フィルタ処理部４２３は、増幅回路４２２により増幅された受信信号にフィルタリング処理を施す。このフィルタリング処理には、ノイズの抑制およびドップラーシフトの補正などが含まれる。

【0078】

ここで、実施形態では、前述したように、複数の送波器４１１，４３１、および送波器４５１から複数の識別可能な送信波が実質的に同時に送信されている。このため、受波器４２１により受信される受信波は、複数の送波器４１１，４３１、および送波器４５１から送信された複数の送信波に対応する複数の波動が少なくとも部分的に重畳されることで構成されている。

【0079】

そこで、実施形態では、送波器４１１，４３１、および送波器４５１の個数と同数の信号処理系統４２５Ａ～４２５Ｃが設けられている。信号処理系統４２５Ａ～４２５Ｃは、いずれも、相関処理部４２６と、包絡線処理部４２７と、閾値処理部４２８と、検出処理部４２９と、を備えている。これらの構成に基づき、信号処理系統４２５Ａ～４２５ＣＢは、受波器４２１を介して受信される受信波と送波器４１１，４３１、および送波器４５１を介して送信される複数の送信波との関係と特定する機能と、特定された当該関係に基づいて、物体に関する情報を検出する機能と、を実現する。

【0080】

相関処理部４２６は、送信側の構成から取得される送信信号と、フィルタ処理部４２３によるフィルタリング処理を経た受信信号と、に基づいて、送信波と受信波との識別情報の類似度に対応した相関値を取得する。相関値は、一般的によく知られた相関関数などに基づいて算出される。

【0081】

そして、包絡線処理部４２７は、相関処理部４２６により取得された相関値に対応した信号の波形の包絡線を求める。

【0082】

そして、閾値処理部４２８は、包絡線処理部４２７により求められた包絡線の値と、所定の閾値と、を比較し、比較結果に基づいて、送信波と受信波との識別情報が所定以上のレベルで類似するか否かを判定する。

【0083】

そして、検出処理部４２９は、閾値処理部４２８による処理結果に基づいて、送信波と受信波との識別情報の類似度が所定以上のレベルとなるタイミング、すなわち反射により戻ってきた送信波としての受信波の信号レベルが閾値を超えたピークを迎えるタイミング（例えば図２に示されるタイミングｔ４）を特定し、ＴＯＦ法により、物体に関する情報として、物体までの距離を検出する。

【0084】

ここで、実施形態において、信号処理系統４２５Ａの相関処理部４２６は、送信部４０１から取得される送信信号を利用して相関値を取得するように構成されている。このため、信号処理系統４２５Ａの相関処理部４２６により取得される相関値は、送波器４１１から送信される送信波に対する類似性を反映した値となる。

【0085】

同様に、信号処理系統４２５Ｂの相関処理部４２６は、送信部４０３から取得される送信信号を利用して相関値を取得し、信号処理系統４２５Ｃの相関処理部４２６は、送信部４０５から取得される送信信号を利用して相関値を取得するように構成されている。このため、信号処理系統４２５Ｂの相関処理部４２６により取得される相関値は、送波器４３１から送信される送信波に対する類似性を反映した値となり、信号処理系統４２５Ｃの相関処理部４２６により取得される相関値は、送波器４５１から送信される送信波に対する類似性を反映した値となる。

【0086】

したがって、実施形態において、信号処理系統４２５Ａの検出処理部４２９は、送波器４１１から送信された送信波が反射により戻ってくることで受波器４２１により受信された受信波の信号レベルが閾値を超えたピークを迎えるタイミングを特定する。また、信号処理系統４２５Ｂの検出処理部４２９は、送波器４３１から送信された反射により戻ってくることで受波器４２１により受信された受信波の信号レベルが閾値を超えたピークを迎えるタイミングを特定し、信号処理系統４２５Ｃの検出処理部４２９は、送波器４５１から送信された反射により戻ってくることで受波器４２１により受信された受信波の信号レベルが閾値を超えたピークを迎えるタイミングを特定する。

【0087】

このように、実施形態では、３つの信号処理系統４２５Ａ～４２５Ｃを用いて、送波器４１１から送信された送信波が反射により戻ってくることで受波器４２１により受信されたタイミングと、送波器４３１から送信された送信波が反射により戻ってくることで受波器４２１により受信されたタイミングと、送波器４５１から送信された送信波が反射により戻ってくることで受波器４２１により受信されたタイミングと、が適切に特定される。そして、それぞれの送受信のタイミングの差に基づいて、物体までの距離が適切に検出される。

【0088】

以上の構成に基づき、実施形態にかかる物体検出システムは、次の図７に示されるような流れで処理を実行することで、物体（オブジェクトＯ）に関する情報を検出する。

【0089】

図７は、実施形態にかかる物体検出システムが物体までの距離を検出するために実行する一連の処理を示した例示的かつ模式的なフローチャートである。

【0090】

まず、物体検出システムの各物体検出装置２００は、変調パターン決定部４１３により、マイクロフォン（送受波器２１０）の帯域よりパルス圧縮のパターンを決定する（Ｓ１００）。

【0091】

続いて、各物体検出装置２００に決定されたパルス圧縮のパターン（送信チャープ変調パターン）を割り当て（Ｓ１０２）、物体検出のための前処理を完了する。

【0092】

そして、各物体検出装置２００は、送受波器２１０により、Ｓ１００で決定されたパルス圧縮のパターンで搬送波が変調されることで生成される送信波を送信するとともに、送信波が物体での反射により戻ってきた結果としての受信波を受信する処理を実行する（Ｓ１０４）。

【0093】

そして、各物体検出装置２００は、短時間ＦＦＴによる時間・周波数特性の解析あるいは、相関処理部４２６により、送信波と受信波との識別情報の類似度に対応した相関値を取得する相関処理を実行する（Ｓ１０６）。

【0094】

そして、各物体検出装置２００は、包絡線処理部４２７において、相関処理部４２６により取得された相関値に対応した信号の波形の包絡線（波高値、振幅値）を算出する（Ｓ１０８）。

【0095】

そして、検出処理部４２９により、相関値（の包絡線）と閾値との比較結果に基づいて、物体検出装置２００ごとに物体までの距離を検出する測距処理を実行する（Ｓ１１０）。そして、各物体検出装置２００は、物体検出処理の終了を示す指令を受信していない場合（Ｓ１１２のＮｏ）、Ｓ１０４の処理に戻り、所定の周期で、送信波（送信チャープ変調パターンで変調した波動）の送信処理、受信処理を実行し、以降の処理を繰り返し行う。また、Ｓ１１２で、物体検出処理の終了を示す指令を受信した場合（Ｓ１１２のＹｅｓ）、例えば、車両１のイグニッションスイッチ等がＯＦＦになった場合、一旦このフローの処理を終了する。

【0096】

上述したように、実施形態にかかる物体検出システムは、複数の物体検出装置２００を備えている。したがって、複数の物体検出装置２００は、それぞれ同一の構成を有し、図７のフローチャートにしたがう処理を略同時に実行する。

【0097】

例えば、実施形態において、複数の物体検出装置２００のうちの１つは、送信部４０１と、受信部４０２と、検出処理部４２９と、を備えている。送信部４０１は、所定期間で所定値以上の振幅が得られる周波数パターンの初期信号Ｗに基づく周波数変調に続き、初期信号Ｗと異なる周波数パターンで変化する複数のチャープ信号（Ｗ１やＷ２）に基づく周波数変調が、隣接する物体検出装置２００を含めた相互で異なる態様になるように施された送信波を、他の物体検出装置２００と略同時に送信する。受信部４０２は、物体での反射に応じて戻ってきた送信波としての受信波を受信する。検出処理部４２９は、送信波および受信波の送受信の結果として取得される情報に基づいて、物体に関する情報を検出する。

【0098】

上述した構成によれば、例えば、送信波が所定振幅以上に変調された後に、チャープ信号に基づく変調が行われる。このとき、隣接する物体検出装置２００を含めた相互で異なる態様の周波数変調が行われる。その結果、所定振幅以上に変調されることのより、受信波において、チャープ信号に基づく周波数変調のはじめから、チャープ信号に基づく識別効果を有効活用可能となり、ＳＮ比の改善ができる。また、隣接する物体検出装置２００を含めた相互で、異なる態様の周波数変調が行われることで、送信波（受信波）の識別性を高めることができる。その結果、車両１の低速安全運転支援装置を利用する環境において、長距離からの衝突回避や、衝突直前における衝突回避が容易となる。また、周波数変調のみによる送受信となるため、他の変調方式との組み合わせよりも回路規模が小さく低コスト化が図れる。

【0099】

また、上述した初期信号と異なる周波数パターンで変化するチャープ信号は、図５に示されるように、例えば、周波数が単調に増加する第１チャープ信号Ｗ１であってもよいし、単調に減少する第２チャープ信号Ｗ２であってもよい。この構成によれば、例えば、簡素な波形の２つのチャープ信号により、送信波（受信波）の識別性を容易に高めることができる。

【0100】

また、上述した送信部４０１は、例えば、複数の物体検出装置２００のそれぞれが全て異なる周波数パターンで変化するようにチャープ信号に基づく周波数変調を施すようにしてもよい。この構成によれば、例えば、複数の物体検出装置２００の識別性をさらに向上することができる。なお、物体検出装置２００の指向性調整を行い、例えば、図１において、物体検出装置２０５から送信された送信波の反射波（受信波）は、物体検出装置２０５及び物体検出装置２０６でのみ受信可能としてもよい。また、物体検出装置２０８から送信された送信波の反射波（受信波）は、物体検出装置２０７及び物体検出装置２０８でのみ受信可能としてもよい。この場合、物体検出装置２０５では、物体検出装置２０７の送信波は受信されない。同様に、物体検出装置２０８では、物体検出装置２０６の送信波は受信されない。このような場合、物体検出装置２０５と物体検出装置２０８は、同じ送信チャープ変調パターンに基づく変調による送信波を送信するようにしてもよい。この場合、全てを異なる送信チャープ変調パターンに基づく変調による送信波を送信する場合に比べ、バターン数の削減が可能になり、制御の簡略化に寄与することができる。

【0101】

また、上述の初期信号は、例えば、物体検出装置２００の送信部４０１の共振周波数となる周波数変調を行うようにしてもよい。この構成によれば、例えば、送信波の振幅を効率的に大きくした状態でチャープ信号に基づき変調した送信波を送信可能となり、符号化利得によるＳＮ比の改善を効果的に行うことができる。

【0102】

なお、上述した実施形態では、本開示の技術が、超音波の送受信によって物体に関する情報を検知する構成に適用されているが、本開示の技術は、超音波以外の波動としての、音波、ミリ波、または電磁波などの送受信によって物体に関する情報を検知する構成にも適用することが可能である。

【0103】

また、上述した実施形態では、物体に関する情報として物体までの距離を検出する構成が例示されているが、本開示の技術は、物体に関する情報として、物体の有無のみを検出する構成にも適用可能である。

【0104】

以上、本開示の実施形態および変形例を説明したが、上述した実施形態および変形例はあくまで一例であって、発明の範囲を限定することは意図していない。上述した新規な実施形態および変形例は、様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。上述した実施形態および変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0105】

２００、２０１、２０２、２０３、２０４ 物体検出装置
４０１、４０３、４０５ 送信部
４０２、４０４、４０６ 受信部
４２６ 相関処理部
４２９ 検出処理部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】